Baanbrekende techniek maakt kleinste bloedvaten in het brein voor het eerst zichtbaar

Met de huidige medische beeldvormingstechnieken, zoals MRI, een CT-scan of standaard echografie, zijn alleen de grotere bloedvaten zichtbaar. Toch bestaat 80% van onze bloedsomloop uit haarvaten: extreem kleine vaten met een diameter tot 5 micrometer (0,005 millimeter). Tot nu toe waren ze onzichtbaar. "Er was geen apparaat om naar de kleinste bloedvaten diep in organen te kijken. De beste apparatuur die we hadden kon tot 0,1 millimeter inzoomen", zegt hoofdonderzoeker Franck Lebrin.

De onderzoekers hebben nu een apparaat ontwikkeld om de allerkleinste haarvaten in de hersenen (hersencapillairen) in hoge resolutie te bekijken. Niet alleen hun vorm, maar ook hun functie: hoe het bloed stroomt, hoe de vaten reageren en of er afwijkingen zijn. "Dit is een echte revolutie", zegt Lebrin. "Voor het eerst kunnen we zien wat er gebeurt in de kleinste bloedvaten van de hersenen. En dat opent de deur naar vroegtijdige diagnose, betere behandelingen en misschien zelfs preventie van vaatziekten."

De bevindingen zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Biomedical Engineering.

Het vervoeren van zuurstof

Bloedvaten vervoeren bloed door het hele lichaam: ze brengen zuurstofrijk bloed van het hart naar organen en weefsels en voeren zuurstofarm bloed terug naar het hart en de longen. Haarvaten spelen een cruciale rol door cellen rechtstreeks van zuurstof en voedingsstoffen te voorzien. Dit stelt cellen in staat goed te functioneren en gezond te blijven.

Maar soms functioneren haarvaten niet goed. Daardoor krijgen delen van de hersenen niet genoeg zuurstof, dringen ongewenste stoffen binnen en treden langdurige ontstekingen op. Dit kan leiden tot onomkeerbare hersenschade die dementie veroorzaakt. Helaas treden symptomen vaak pas op wanneer de schade al te ernstig is om te behandelen.

Routekaart nu voor 95% compleet

Toch ontstaan de eerste afwijkingen in de haarvaten vaak tot twintig jaar vóórdat de symptomen beginnen. Met dit nieuwe apparaat kunnen onderzoekers nu observeren wat er misgaat in de vroege fase.

De techniek is gebaseerd op een zeer geavanceerde vorm van echografie, Volgens Lebrin (foto rechts) is het apparaat gedetailleerder dan ooit. "Stel je de bloedvaten van de hersenen voor als een wegennet: voorheen konden we alleen de snelwegen zien. Nu kunnen we ook de N-wegen, straten en landweggetjes zien. We zijn in één sprong van 20% naar 95% gegaan", zegt Lebrin, die gelooft dat het binnen een paar jaar mogelijk zal zijn om de resterende 5% van de momenteel onzichtbare haarvaten ook in beeld te krijgen.

Succesvol getest

Het systeem werkt als een soort helm die op het hoofd wordt geplaatst, terwijl een ontvanger de hersenen scant. Er is geen operatie nodig. Wetenschappers noemen deze methode daarom niet-invasief. De techniek is succesvol getest op muizen met erfelijke hemorragische teleangiëctasie (HHT) in het laboratorium. HHT is een erfelijke genetische zeldzame ziekte met fragiele en verwijde haarvaten die gemakkelijk bloeden. De oorzaak ligt vaak bij pericyten, cellen die normaal kleine bloedvaten stabiliseren en de bloedstroom en bloed-hersenbarrière reguleren. Wanneer ze niet goed functioneren, ontstaan problemen.

De onderzoekers maakten beelden die precies tonen hoe de vaten veranderen bij de ziekte, hoe het bloed stroomt en hoe abnormale vaatverbindingen ontstaan. Aangezien de kleinste bloedvaten bij muizen en mensen even groot zijn, verwacht Lebrin dat de resultaten goed naar mensen vertaalbaar zijn.

Studie met potentieel geneesmiddel

Het nieuwe beeldvormingsapparaat zal aan het einde van dit jaar worden gebruikt om patiënten met RVCL-S, een zeldzame erfelijke aandoening van de kleine bloedvaten, te onderzoeken. Dit gebeurt in samenwerking met de afdeling Neurologie van het LUMC. Tegelijkertijd zal de onderzoeksgroep van Lebrin nieuwe, zelfontwikkelde medicijnen gaan testen die zich richten op pericyten. Met het apparaat zullen ze het effect van het geneesmiddel op de hersenvaten rechtstreeks meten. De patiënten die meedoen aan de studie hebben nog geen symptomen, maar weten wel dat ze de genetische mutatie voor RVCL-S of HHT dragen. Dit maakt het mogelijk om zeer vroeg in te grijpen.

Een techniek met grote potentie

Het onderzoek begint met HHT, maar volgens Lebrin is het potentieel van het apparaat veel breder. De techniek zou ook kunnen worden toegepast op andere organen, zoals het hart, de nieren en de rest van het lichaam. Het LUMC gebruikt de techniek al bij orgaandonatie om vooraf te controleren of een donornier goed doorbloed is. In de toekomst zou de technologie kunnen helpen bij het vroegtijdig opsporen van andere ziektes die gepaard gaan met vasculaire afwijkingen.

Van lab naar praktijk

Deze studie* is een samenwerking tussen het LUMC en het Instituut voor Fysica van Geneeskunde in Parijs (onderdeel van het Franse instituut Inserm), dat het klinische systeem heeft ontwikkeld. De samenwerking heeft geleid tot de recente oprichting van een International JointLab. Het heeft ook geleid tot de oprichting van een spin-off bedrijf, dat zich richt op pericyten-gebaseerde behandelingen.

* Het onderzoeksproject met de naam MICROVASC is gefinancierd door de Europese Innovatieraad (EIC) van de Europese Unie, als onderdeel van de EIC Pathfinder Challenge.